Е. Гауль, німецький учений-атомник

Джерела енергії, які використовує людство, поділяються на відновлювані -- енергія Сонця, вітру, морських припливів, гідроенергія річок, внутрішнього тепла Землі - й невідновлювані -- викопне мінеральне паливо та ядерна енергія. Перші не порушують теплового балансу Землі, оскільки під час їх використання відбувається лише перетворення одних видів енергії на інші (скажімо, енергія Сонця перетворюється спочатку на електроенергію й тільки потім переходить у тепло). Зате використання других спричинює додаткове нагрівання атмосфери й гідросфери. Це небезпечно, бо може призвести до зміни рівня води у Світовому океані, що, своєю чергою, змінить співвідношення площі суші й водного дзеркала, вплине на клімат Землі, на тваринний і рослинний світ.

Отже, є теплова межа, яку людство не повинне переступати, інакше це матиме для нього катастрофічні наслідки. За розрахунками вчених, небезпечної межі буде досягнуто в разі використання невідновлюваних джерел енергії в кількості, яка перевищить 0,1 % потужності потоку сонячної енергії, що надходить на Землю, тобто більш як 100 млрд. кВт. «Сьогодні на базі невідновлюваних джерел виробляється енергії в 10 разів менше за гранично допустиму кількість. Якщо темпи збільшення виробництва енергії залишаться такими самими, то теплової межі буде досягнуто приблизно в середині XXI cm. А людство ще й нарощує темпи, і нині 70 % усієї енергії воно отримує за рахунок спалювання вугілля, нафти й газу плюс 7 % — за рахунок роботи атомних електростанцій.

Якщо мінеральне паливо й далі спалюватиметься сьогоднішніми темпами, то, за розрахунками, всі його запаси будуть вичерпані через 130 років.

Необхідно наголосити, що спалювання мінеральної сировини вкрай нераціональний спосіб використання природних ресурсів. Нафта, наприклад, — дуже цінна сировина для хімічного синтезу (сьогодні з неї отримують безліч потрібних матеріалів — синтетичні тканини й каучук, пластмаси, добрива, фарби й тисячі інших).

Ще видатний російський хімік Д. І. Менделєєв з обуренням говорив: «Нафта — не паливо, топити можна й асигнаціями!»

Крім вуглеводневого палива й урану, в природі є ще одне невідновлюване джерело енергії. Це дейтерій, або важкий водень, — потенційне паливо для термоядерних електростанцій майбутнього. Запаси його у Світовому океані оцінюються в 1900Q.

Запаси енергії відновлюваних джерел становлять: вітру - 0,4Q, морських припливів і хвиль — 0,2—0,3Q, внутрішнього тепла Землі -0,2Q, сонячного випромінювання — 2000Q.

Паливна проблема — одна з найзлободенніших для незалежної України. За даними вчених, наша держава забезпечена власним вугіллям на 95 %, нафтою — на 8 % і природним газом — на 22 %.

Альтернативні джерела енергії — це енергія вітру, морів та океанів, внутрішнього тепла Землі, Сонця.

Енергія вітру. За оцінками вчених, загальний вітроенергетичний потенціал Землі в ЗО разів перевищує річне споживання енергії люд­ством. Однак використовується лише мізерна частка цієї енергії. Так було не завжди. За даними статистики, до революції в кожному другому селі України працював вітряк. Але парова машина, а потім двигун внутрішнього згоряння витіснили цих скромних трудівників. Добре відомо також, що до появи пароплавів усі морські перевезення здійснювалися вітрильниками.

Можливості використання енергії вітру в різних місцях Землі неоднакові. Для нормальної роботи вітроелектричних двигунів швидкість вітру в середньому за рік має бути не меншою за 4—5 м/с, а краще, коли вона становить 6—8 м/с.

Сьогодні на Заході, особливо в Данії та США, серійно випускаються ВЕС потужністю від 1,5 до 100 кВт, діє також кілька експериментальних потужністю до 30 тис. кВт.

В Україні до таких зон належать узбережжя Чорного моря, особливо Крим, а також Карпати й південні степові райони. Піонером будівництва вітроелектростанцій (ВЕС) був вітряквидатний український учений та інженер, один з основоположників космонавтики Ю. Кондратюк. Побудовананим у 1931 р. поблизу Севастополя ВЕС потужністю 100 кВт понад 10 років забезпечувала місто електроенергією. У донецькому Приазов'ї споруджується найбільша в Україні ВЕС — Новоазовська. В степу вже змонтовано комплекс із 15 генераторів. Планується, що до 2005 р. потужність цієї прибережної станції досягне 50 МВт. Цього цілком достатньо, щоб забезпечити електроенергією найбільший в області Новоазовський сільсько­господарський район, де розташовано понад сто оздоровниць і баз відпочинку. Цікаво, що в цій частині Приазовської низовини понад триста днів на рік напористо дме «калмик» -- стабільний вітер із Калмицьких і Сальських степів (своєрідна «вітрова труба», за визначенням синоптиків).

Услід за Новоазовською планується спорудження подібних ВЕС Володарському й Першотравневому районах. Вітроелектростанції не забруднюють довкілля. Єдиний негативний фактор - низькочастотний шум (гудіння) під час роботи ВЕС та ще одиничні випадки загибелі птахів, які потрапляють у лопаті вітродвигунів.

Енергія морів та океанів. Світовий океан містить колосальні запаси енергії

По-перше, це енергія сонячного випромінювання, поглинута океан­ською водою, яка виявляється в енергії морських течій, хвиль, прибою, різниці температур різних шарів води. По-друге, це енергія тяжіння Місяця й Сонця, що спричинює морські припливи й відпливи. Використовується цей екологічно чистий потенціал іще дуже мало.

Першими об'єктами такої енергетики можна вважати морські хвильові електростанції, які акумулюють енергію вертикальних коливань води. Хвиля метрової висоти забезпечує від 25 до 35 кВт енергії, навіть хвиля заввишки всього 35 см може обертати спеціальну турбіну й давати електричний струм. • Одна з перших хвильових електростанцій потужністю 350 кВт ось уже близько ЗО років успішно діє поблизу норвезького міста Бергена. • Збудовано також перші морські електростанції, що утилізують енергію припливів і відпливів, — на узбережжі Ла-Маншу у Франції потужністю 240 тис. кВт і в Кольській затоці (Росія) потужністю 400 кВт. «А на тихоокеанському острові Науру діє електростанція потужністю 100 кВт, яка використовує (за принципом термопари) різницю температур нагрітого тропічним сонцем поверхневого шару води й холодного придонного.

Енергія внутрішнього тепла Землі. З глибиною підвищується темпе­ратура в земній корі (в середньому на ЗО °С на 1 км, а у вулканічних районах — набагато швидше). За оцінками геологів, до глибин 7—10 км загальна кількість теплоти в 5000 разів перевищує теплоємність усіх видів мінерального палива, що є на Землі. Теоретично лише 1 % тепла достатньо, аби забезпечити людство енергією на найближчі 4000 років. Та на практиці це джерело енергії використовується ще дуже мало. Найкращі результати досягаються в районах активної вулканічної діяльності (Ісландія, Камчатка, Гавайські острови), де близько до поверхні є термальні води. Крізь свердловини гаряча водяна пара надходить у турбіни, що виробляють електроенергію. Відпрацьована гаряча вода йде на обігрівання теплиць, житла тощо. В холодній Ісландії в таких оранжереях вирощують овочі й навіть банани, а столиця країни Рейк'явік уже понад 40 років уся забезпечується теплом за рахунок цього джерела.

В Україні досі немає установок такого типу, хоч у нас є перспективні зони для застосування геотермальної енергії - Карпати, Закарпаття та Крим.

У разі споживання геотермальної енергії постає проблема відпрацьованих підземних вод. Вони сильно мінералізовані, і їх не можна спускати у водостоки. Тому відпрацьовані води знову закачують у підземні гори зонти для повторного використання. З деяких таких розсолів добувають йод, бром,- літій та деякі інші елементи.

Енергія Сонця. Сонце — найпотужніше джерело екологічно чистої енергії, і людство має зосередити свої зусилля на розробці методів її утилізації. Основна перешкода полягає в розсіяності сонячної енергії: на широтах України, наприклад, на кожний квадратний метр поверхні за рік надходить лише близько 1900 кВт сонячної енергії. Утилізація сонячної енергії стримується також високою вартістю установок, а отже, й порівняно високою собівартістю електроенергії.

Сонячну енергію можна застосовувати для добування електроенергії, побутового тепла, високотемпературного тепла в промисловості, на транспорті

Сьогодні альтернативні джерела становлять лише 4% від всієї споживаної в нашій країні енергії. Потужності сонячних електростанцій досягли 494 МВт, а сумарна потужність вітряних електростанцій до кінця 2013 року досягне 500 МВт. Виробництво альтернативних видів енергії також може здійснюватися в секторі АПК, використовуючи в якості сировини біомасу та інші органічні речовини. Найбільш енергоємними галузями народного господарства є:

- металургійна, машинобудівна, хімічна і нафтохімічна промисловості (потенціал енергозбереження, за оцінками експертів даного ринку, становить 62-64%),

- житлово-комунальна сфера (35-38%);

- сектор послуг (5%);

- сільське господарство (3-5%).

Харчова промисловість споживає велику кількість електричної і теплової енергії яка витрачається на безпосереднє проведення технологічних процесів транспортування та інші допоміжні операції. Всі ці витрати електричної і теплової енергії є складовою частиною собівартості харчових продуктів які необхідно знижувати на одиницю продукції і тим самим збільшувати прибутки підприємств.

Витрати всіх видів енергії характеризуються кількістю кіловат-годин на одиницю продукції для електричної та кількістю палива і теплоти на одиницю продукції – для теплової енергії. Електрична енергія в харчовій промисловості використовується для приводу машин, насосів, редукторів, мішалок, апаратів, транспортувальних, механічних, гідравлічних та пневматичних пристроїв, виробництва холоду і т.п., а на деяких підприємствах, для перетворення в теплову. Теплова енергія в харчовій промисловості у вигляді пари, гарячої води та сушильного агенту ­використовується для технологічних операцій при нагріванні, стерилізації, ­пастеризації, сушіння, випарювання, ректифікації та ін…

Теплові витрати на технологічні операції в харчовій промисловості в деякій мірі залежать від умов проведення процесу, потоку матеріалів, товщини стінок, ізоляції тощо.

Підприємства харчової промисловості витрачають у середньому за рік біля 2млн. тон умовного палива та 0,7 – 2 млрд. кВт/год. електроенергії. У структурі собівартості харчових продуктів паливна складова досягає 1 $. Ось чому енергозбереження в харчовій галузі – один з найважливіших факторів, який сприяє піднесенню конкурентоспроможності вітчизняних товарів. Тим більше, енергоємність валового внутрішнього продукту в нашій країні більш, ніж удвічі вища за енергоємність у розвинутих країнах Західної Європи.

Для виробництва дешевої енергії харчова промисловість і сільське господарство має значний потенціал біомаси, що може заощадити 0,5 млн. т. умовного палива на рік.

Під терміном «біомаса» вчені мають на увазі різні відходи та стічні води харчових підприємств, солому зернових культур, стебла кукурудзи, стебла та лушпиння соняшнику, гній, відходи деревини тощо.

Енергію з біомаси одержують як спалюванням у парових котлах відходів, так і виробництвом біогазу в процесі їх метанового зброджування в метантенках.

На 72-х спиртових заводах, які переробляють на спирт як мелясу, так і крохмалевмісну сировину, за рік утворюється близько 3млн.м² відходів мелясової та 5,2-7млн.м² зернової барди.

Крім відходів на цих заводах утворюється близько 7млн. м³ слабо забруднених стічних вод, які не дозволено скидати у відкриті водойми.

Сьогодні мелясну барду на більшості спиртових заводів не утилізують і­неочищену разом із стічними водами скидають у відстійники, де ця суміш загниває, забруднює водні об'єкти, землю і повітря. Виробництво з цих відходів біогазу вирішить питання екології та заощадить енергетичні ресурси. Вихід біогазу з 30 м³ відходів становить17,2 м³

При спалюванні 10 м³ біогазу виділяється енергія, яка еквівалентна 5,1кВт електроенергії, або кількості тепла, виділеного при спалюванні 6 м³ природного газу. Біогаз використовується в дизель генераторах для виробництва електроенергії та в стисненому вигляді для заправки автомобілів.

Особливість метанового бродіння полягає в тому, що біля 84$ біодоступних органічних речовин трансформується в біогаз, а тільки 4 $ витрачається на конструктивні та енергетичні потреби бактерій.

Значної економії тепла і електричної енергії можна досягти заміною застарілого обладнання на більш сучасне, використанням менш енергоємних технологічних операцій, багаторазовим використанням теплоти, зменшенням втрат теплоти в навколишнє середовище та іншими заходами.

Ефективним способом скорочення витрат теплової енергії в харчовій промисловості є:

- раціональне використання відпрацьованих теплоносіїв на інші;

- технологічні операції, проведення яких можливе при нижчих температурах;

- багаторазове використання теплоти основного потоку.

- багатокорпусні випарні установки;

- охолодження апаратів брагоректифікаційних установок.

Особливої уваги по енергозбереженню в харчових технологіях заслуговує робота по дослідженню, розробленню та впровадженню у суспільне господарство України прогресивних технологій біопалива з відходів сільського господарства та харчової промисловості.

Наприклад, виробництво технічного (паливного) біоетанолу з відновлюваної рослинної сировини в Україні, більша частина якого, використовують для технічних потреб та в сумішевих бензинах Країни ЄС.

Сировиною для виробництва паливного та технічного біоетанолу є відновлювана рослинна сировина, продукти її переробки та відходи харчової промисловості та сільського господарства.

Виробничі потужності вітчизняної спиртової галузі дають змогу одержувати до 53 млн. галонів спирту на рік. На забезпечення потреб власного ринку та експортних поставок Україні необхідно від 14 до 15 млн. галонів. харчового спирту.

Решта потужностей лишається незадіяною, що зменшує валовий національний,продукт та створює соціальне напруження в регіонах, де розташовані спиртові заводи. Вільні потужності спиртових заводів можуть бути переорієнтовано на виробництво технічного спирту, як органічної сировини, так і паливного біоетанолу. Тому організація виробництва паливного біоетанолу та технічного спирту є важливою народногосподарською проблемою, направленою на енергозбереження в країні.

Сировиною для технічного спирту може бути також більш дешеве дефектне, зерно, тритикале, меляса, технічні культури, топінамбур, сорго, тапіока тощо, а також побічні спиртовмісні продукти браго ректифікації. Значно знижує собівартість технічного спирту й те що в багатьох випадках до нього не пред'являють жорстких вимог щодо вмісту органічних домішок супутніх етиловому спирту.

Результати випробувань підконтрольної групи автомобілів на сумішевому бензині (суміш товарного бензину з технічним спиртом) показали, що енергетичні і економічні показники роботи двигунів на сумішевих бензинах порівняно з роботою на товарних бензинах А-65 та А-81 не погіршуються при загальному поліпшенні екологічних показників.

Використання паливного біоетанолу, як добавки до бензинів допомагає вирішити питання забезпечення моторним паливом, а також дає змогу поліпшити екологічний стан у великих, містах та на автошляхах країни.

Серед пріоритетних напрямків зростання ефективності харчової промисловості є:

· здійснення перебудови і реконструкції виробничої технічної бази всіх галузей харчової промисловості;

· втілення ресурсоенергозбережних технологій та устаткування;

· використання прогресивних видів палива, вторинних, енергоресурсів та сучасних енергетичних установок;

· використання на підприємствах харчової промисловості поновлювальних і нетрадиційних джерел енергії: вітрової, сонячної, геліоенергетики, гідроенергії малих рік, теплових насосів. для утилізації низькотемпературних вторинних енергетичних ресурсів та енергії довкілля;.

· використання геотермальних ресурсів. В Україні вони оцінюються в 5млрд.т умовного палива, що більше ніж запаси усього палива в нашій країні.

· акумулювання електричної та теплової енергії;

· розроблення наукових основ по створенню новітніх енергозбережних­процесів, технологій та установок з урахуванням екологічних аспектів­енергозбереження та раціонального використання паливно-енергетичних ресурсів;

· удосконалення технологічних процесів і обладнання з метою зниження питомого споживання енергії та матеріалів;

· заміна малопродуктивного застарілого обладнання високопродуктивним з низькими питомими витратами енергії на одиницю продукції;

Енергозберігаючі технології в харчовій промисловісті:

1- Нові технології, які ґрунтуються на використанні дискретно-імпульсного підведення енергії в гетерогенних середовищах, особливо в молочній промисловості.

2- Технології по утилізації теплоти відпрацьованих димових газів парових котлів, топок сушарок та інших об’єктів.

3- Сучасна технологія спалювання палива в циркулюючому киплячому шарі.

4- Технологія харчових продуктів, яка ґрунтується на електроплазмолізі сировини концентрування томат – продуктів, клюквових та виноградних вичавок, рибної сировини, цукрози із буряків та ін..

5- Використання біогазових установок для енергопостачання сільських і фермерських господарств, а також підприємств харчової промисловості.

6- Технології одержання біогазу із біомаси при біологічних та біохімічних методах очищення стічних вод підприємств харчової промисловості.

7- Комплексної схеми для використання відпрацьованих гарячих газів і води в системі опалення теплиць.

8- Використання геотермальної і сонячної енергії для підігрівання води і повітря як ресурсів низькопотенціальної теплоти з подальшим підключенням абсорбційних і компресорних насосів для тепло, холодопостачання підприємств харчової промисловості.

9.- Сушильна технологія, яка ґрунтується на керуванні дифузією вологи в матеріалі.

10.- Використання теплогенеруючих роторно-дискових установок для прямого перетворення енергії вітру на теплову.

11.- Використання високоефективної енергозбережної сушарки безперервної дії карусельного типу та інші.